(57)【要約】  【課題】  アーク長の更なる引き伸ばしや遮断部内の更なる圧力上昇によらずにアーク電圧を高められるようにした回路遮断器を提供すること。  【解決手段】  可動接点１と固定接点２の間に発生するアークＡを消弧するための遮断部８に備えられた消弧板６に、絶縁性部材からなるアーク分割部材２０を配置し、消弧板６の切込み部６Ａに引き込まれたアークＡを分割してアーク径を絞り込み、アークによる電流経路を２分割し、アーク電流を電気回路的に並列に流れる状態にして消弧が早められるようにし、これにより、アーク径の絞込みやアーク電流の分割によりアーク電圧を高めることで、操作機構部の改良や筐体強度を増すことなく遮断性能を向上させることができるようにしたもの。  【選択図】  図１
2006012540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動接点と固定接点の間に発生するアークを長さ方向に分断するための複数枚の消弧板を備えた回路遮断器において、
前記複数枚の消弧板のアーク入り口側に位置したアーク分割部材を設け、
前記複数枚の消弧板の間にアークが複数本に分割されて導入されるように構成したことを特徴とする回路遮断器。
【請求項２】
請求項１に記載の回路遮断器において、
前記複数枚の消弧板が切り込み部を備え、この切り込み部が各消弧板のアーク入り口側に位置し、
当該切り込み部に前記アーク分割部材が位置していることを特徴とする回路遮断器。
【請求項３】
請求項１に記載の回路遮断器において、
前記アーク分割部材が絶縁性部材であることを特徴とする回路遮断器。
【請求項４】
請求項３に記載の回路遮断器において、
前記絶縁性部材が有機材であることを特徴とする回路遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電線を保護するため過大電流によりトリップ動作する回路遮断器に係り、特にＪＩＳ規格で配線用しゃ断器に分類されている回路遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
過電流及び事故電流を遮断するための回路遮断器は、配電系の受電端や各電気機器に分岐する回路に用いられている(例えば、特許文献１参照)。
【０００３】
そこで、このような回路遮断器の従来技術について、図７と図８により説明する。ここで、図７は、開路状態にある回路遮断器を部分断面により示した側面図で、図８は、図７における遮断部の一相分を、本体カバーを外して上から見た上面図である。
【０００４】
これらの図７、図８において、まず、１は可動接点で、２は固定接点、３は本体カバー、４は本体ケースであり、このとき、可動接点１は可動接点台１１に取付けられ、固定接点２は固定接点台１２に取付けられている。そして、この固定接点２の他端にはアークランナ１６が配置されている。
【０００５】
次に、５は排気口蓋、１５は排気口、６は消弧板、７は仕切り、そして８は遮断部で、このとき、消弧板６は複数枚あり、それらが両側にある消弧板側板１３によって支持され、仕切り７は、アークＡが発生する空間を、回動駆動力伝達軸１４が収められている空間から区切るために設けられている。
【０００６】
従って、本体カバー３と本体ケース４、排気口蓋５、それに仕切り７により囲まれている部分が遮断部８となり、この遮断部８の中がアークＡの発生する空間となる。
【０００７】
次に、この回路遮断器の動作について説明すると、まず、閉路状態では、図示していない開閉機構部の働きにより、バネなどにより所定の力が加わった状態で、可動接点１が固定接点２に接触した状態にあり、このため、通常状態では、固定接点台１２、固定接点２、可動接点１、可動接点台１１を経路として電流が流れることができるようになっている。
【０００８】
ここで、いま、遮断を必要とする過大な電流が流れた場合には、固定接点台１２と可動接点台１１に流れる電流による電磁反発力により、可動接点台１１が回転運動し、可動接点１が固定接点２から引き離されるので、固定接点２との間にアークＡが発生し、可動接点台１１の開路動作によりアークＡが引き伸ばされ、アーク長が長くされる。
【０００９】
このとき磁気駆動力により、アークＡを消弧板６のアーク入り口側から各消弧板６の間に引き込んで、アークＡが冷却されることによりアーク電圧が高められ、消弧が得られるようにする。
【００１０】
また、このとき、アークＡに作用する磁気駆動力を高めるため、当該消弧板６のアーク入り口側に切り込み部６Ａを設けておき、この消弧板６を複数枚配置することによりアークを長さ方向に分断し、これによる電圧降下の増加と冷却作用によりアーク電圧が高められるようにする。更に、アークＡによる高温ガスの発生により遮断部８内の圧力が上昇することによってもアーク電圧が高くなる。
【００１１】
従って、この図７と図８に示した従来技術の回路遮断器によれば、開路動作によるアーク長の増加と、消弧板６によるアークの分断及び冷却作用、遮断部８内の圧力上昇によるアーク電圧の上昇により電流が限流され、最終的に回路を遮断に至らしめることができる。
【特許文献１】特開２００１−１７６３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記従来技術は、アーク電圧の増大が、主としてアーク長の引き伸ばしと消弧板によるアークの分割及び遮断部内の圧力上昇に依存しており、可動接点台の開路速度の向上には、電磁反発力の増加のための電流経路や操作機構部に設計変更が必要であった。
【００１３】
また、近年は回路遮断器が小型化し、これに伴って遮断部内の圧力が上昇している。ここで、この圧力の上昇はアーク電圧の増大をもたらすので、消弧の面からは有益ではあるが、反面、筐体の破損を防ぐために本体ケースやカバーの強度を高めて対応する必要が生じ、このため、強度の強い材料を使用したり、材料の使用量を増やす必要があり、コストが高くなってしまうという問題があった。
【００１４】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたもので、アーク長の更なる引き伸ばしや遮断部内の更なる圧力上昇によらずにアーク電圧を高められるようにした回路遮断器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は、可動接点と固定接点の間に発生するアークを長さ方向に分断するための複数枚の消弧板を備えた回路遮断器において、前記複数枚の消弧板のアーク入り口側に位置したアーク分割部材を設け、前記複数枚の消弧板の間にアークが複数本に分割されて導入されるようにして達成される。
【００１６】
このとき、前記複数枚の消弧板が切り込み部を備え、この切り込み部が各消弧板のアーク入り口側に位置し、当該切り込み部に前記アーク分割部材が位置していることによっても上記目的を達成することができる。
【００１７】
ここで、前記アーク分割部材が絶縁性部材であるようにしても良く、更に有機材であるようにしても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来構造の回路遮断器の消弧板をアーク分割部材付の消弧板にすることで、操作機構部や筐体強度を高めることなく限流性能を向上させることができるので、低コストで高定格遮断容量用の回路遮断器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明による回路遮断器について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態で、上記した従来技術(図７と図８)の場合と同じく、開路状態にある回路遮断器を部分断面により示した側面図で、図２は、遮断部の一相分を、本体カバーを外して上からみた上面図であり、これらの図において、２０はアーク分割部材で、その他の構成要素は、図７と図８で説明した従来技術の場合と同じである。
【００２１】
従って、この図１と図２の実施形態でも、可動接点１と固定接点２、本体カバー３、それに本体ケース４を備え、可動接点１は可動接点台１１に取付けられ、固定接点２は固定接点台１２に取付けられている点は、図７と図８の従来技術と同じである。
【００２２】
また、排気口蓋５と排気口１５、仕切り７、それに遮断部８を有し、切り込み部６Ａを有する複数枚の消弧板６が両側にある消弧板側板１３により支持され、仕切り７が、アークＡが発生する空間を、回動駆動力伝達軸１４が収められている空間から区切っていて、本体カバー３と本体ケース４、排気口蓋５、それに仕切り７により囲まれている部分が遮断部８となっている点も、従来技術と同じである。
【００２３】
従って、この実施形態による回路遮断器でも、閉路状態では、図示していない開閉機構部の働きにより、可動接点１にバネなどにより所定の力が加わった状態で、当該可動接点１が固定接点２に接触した状態にあり、このため、通常状態では、固定接点台１２、固定接点２、可動接点１、可動接点台１１を経路として電流が流れる点は、従来技術の場合と同じである。
【００２４】
また、ここで、遮断を必要とする過大な電流が流れた場合、固定接点台１２と可動接点台１１に流れる電流による電磁反発力により、可動接点台１１が回転運動し、可動接点１が固定接点２から引き離されるので、固定接点２との間にアークＡが発生し、可動接点台１１の開路動作によりアークＡが引き伸ばされ、アーク長が長くされる点も従来技術の場合と同じである。
【００２５】
このとき、消弧板６を磁性体で作り、且つアークＡに作用する磁気駆動力を高めるため、切り込み部６Ａが設けられ、この消弧板６を複数枚配置することにより、アークＡが消弧板６の間に導入され、各消弧板６により、アークの長さ方向に分断されるようになって、この結果、アークの分断による電圧降下と冷却作用によりアーク電圧が高められるようにした点も従来技術と同じで、更に、アークＡによる高温ガスの発生により遮断部８内の圧力が上昇することによりアーク電圧が高くされる点も同じである。
【００２６】
しかし、この実施形態では、図１と図２から明らかなように、消弧板６のアーク入り口側、つまり図１と図２においては右側にアーク分割部材２０が設けられ、これにより、遮断時、消弧板６に引き込まれたアークＡが、各消弧板６の間で各々２分割されるようになっている点で、図７と図８の従来技術とは大きく異なっている。
【００２７】
このアーク分割部材２０は、図１には表われていないが、各相の遮断部８内にある消弧板６の各々の間に入り込んだ状態で、消弧板６を上から見て左右の幅が同じになるようにして、消弧板６の切り込み部６Ａの中に取り付けられている。
【００２８】
これによりアーク分割部材２０は、可動接点１が固定接点２から引き離され、固定接点２との間にアークＡが発生して各消弧板６の間に引き込まれ、長さ方向に分断されるようになったとき、このアークＡを消弧板６と平行な方向に分割し複数本のアークにして各消弧板６の間に誘導する働きをする。
【００２９】
次に、このアーク分割部材２０の役割について、図３の本発明の実施形態の場合と、図４に示した従来技術の場合を比較して、更に詳しく説明する。ここで、これら図３と図４において、(a)は消弧板６を正面(図１の右方向)から見た場合で、(b)は上から見た場合であり、このとき、(b)では、消弧板６により分断されたアークについて符号Ｂで示してある。
【００３０】
まず、図４の従来技術の場合、消弧板６にアーク分割部材２０がないため、消弧板６の入り口側から各消弧板６の間に引き込まれたアークＡ(Ｂ)の径方向の寸法は、両側にある消弧板側板１３の間隔Ｌ1 で決まる。
【００３１】
一方、図３に示す本発明の実施形態の場合は、消弧板６の切り込み部６Ａにアーク分割部材２０が存在しているため、アークＡが消弧板６の入り口側から各消弧板６の間に引き込まれ始めたとき、ここで幅方向に分割され、２本のアークＡ(Ｂ)にされてしまうので、アークＡ(Ｂ)の径は、各々消弧板側板１３とアーク分割部材２０の間の距離Ｌ2 で決まり、実質的なアーク径は、アーク分割部材２０のない場合の２分の１以下に絞り込まれた状態になる。
【００３２】
このとき、導電性のアークＡを分割しなければならないため、アーク分割部材２０は所定の耐熱性を備えた絶縁材で作られるのは当然のことではあるが、この実施形態では、ある種類の合成樹脂を用いている。そして、このときの合成樹脂の一例にポリアミド樹脂材、いわゆるナイロン(登録商標名)がある。
【００３３】
ここで、図５は、ポリアミド樹脂材がアークの高温により蒸発し、蒸発したガスがアーク雰囲気に混入したときの軸対称器壁安定化アークと呼ばれるアークを対象とし、１.０ＭＰａの圧力のもとで、器壁半径５ｍｍと１０ｍｍについてのアーク電流と電界の関係について解析した結果で、ここで、器壁半径とは、アークＡの半径と考えて良い。
【００３４】
そして、この図５の特性図には、器壁半径が小さい５ｍｍのアークの方が、１０ｍｍのときよりも高い電界となり、１.０ｋＡ以上では電流に対する電界の増加の割合も大きくなっていることが示されている。ここで、電界が高いほど消弧し易くなることは言うまでもない。
【００３５】
また、このときは、アークＡが２分割された結果、アークによる電流が流れる電流経路も２系統になるので、電気回路的に並列に流れる状態になり、各電流経路を流れるアーク電流の大きさを２分の１にすることができ、このとき、アーク電流が少ないほど消弧し易くなることも言うまでもない。
【００３６】
この場合、遮断部８を狭くしてアーク径を絞り込む方法もあるが、遮断部８の容積も減少することになり、遮断部８の内部圧力の上昇も大きくなるため、本体ケース４、本体カバー３の強度を増す必要がある。
【００３７】
一方、アーク分割部材２０を使用する場合には、遮断部８全体の容積を減らさずにアーク径を絞り込むことができるので、遮断部８の内部圧力はアーク分割部材２０がない場合とほとんど変わらず、従って、この実施形態によれば、本体ケース４、本体カバー３の強度を増す必要がない。
【００３８】
次に、例えばアーク径が１０ｍｍでアーク電流が１０ｋＡの場合と、アーク径が半分の５ｍｍでアーク電流が半分の５ｋＡとなった場合のアーク電界を比較すると、前者のアーク分割部材２０のない従来構造に相当する条件でのアーク電界は３０Ｖ／ｃｍであるの対し、後者のアーク分割部材２０を有する本発明の実施形態に相当する構造では４７Ｖ／ｃｍとなり、アーク分割部材２０によるアーク径の絞り込みによりアーク電圧が高められているることが判る。
【００３９】
また、この実施形態では、アーク分割部材２０の材質が有機材、特にポリアミド樹脂にしてあり、これにより蒸発した有機材がアークＡに混入し、大電流に対するアーク電圧が高まり、この結果、アーク分割部材２０を使用しない場合よりも限流性能が向上する。
【００４０】
更に、図５によれば、アーク電流の減少に伴って、例えば器壁半径５ｍｍでアーク電流が０．５ｋＡ以下となった場合には、アーク電界が高くなることが示されており、このことからアークが消弧に向かい、アーク電流が減少してゆく状況のもとでは、アーク分割部材２０によってアークＡを分割させ、流路当たりのアーク電流を少なくした方がアーク電圧を高くできることが判る。
【００４１】
従って、本発明の実施形態によれば、アークＡの消弧の観点からも遮断性能の向上が得られることになる。
【００４２】
また、この実施形態では、遮断部８内にアーク分割部材２０を設けたことにより、高温ガスの流れに対する整流効果が期待でき、高温ガスの排気がスムーズに行われ、高温ガスの残留によるアーク電流の再発弧の可能性を低減させることができる。
【００４３】
次に、図６は、短絡試験時のアーク電流の大きさを、本発明の実施形態の場合と従来技術の場合について、横軸を時間として示した特性図であるが、この図には、本発明の実施形態によるアーク電流の方が、従来技術によるアーク電流よりも少なくなっていることが示されており、従って、本発明の実施形態によれば、遮断性能の向上が得られることが判る。
【００４４】
このとき、アーク分割部材２０の位置は必ずしも消弧板６の切り込み部６Ａに位置させる必要はないが、上記実施形態ではアークＡを磁気駆動によって引き込む作用を持つ消弧板６の切り込み部６Ａに配置することで、アークＡを分割させる効果を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明による回路遮断器は、操作機構部や筐体強度を高めることなく限流性能を向上させることができるので、更に高い定格遮断容量が要求される配電系にも低コストで適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による回路遮断器の一実施形態を示す部分断面による側面図である。
【図２】本発明による回路遮断器の一実施形態を示す上面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるアークの形態変化の一例を示す説明図である。
【図４】従来技術の回路遮断器によるアークの形態変化の一例を示す説明図である。
【図５】器壁半径に対するアーク電流と電界の関係を示す特性図である。
【図６】時間経過にともなうアーク電流の変化を示す特性図である。
【図７】従来技術による回路遮断器の一例を示す部分断面による側面図である。
【図８】従来技術による回路遮断器の一例を示す上面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：可動接点
２：固定接点
３：本体カバー
４：本体ケース
５：排気口蓋
６：消弧板
６Ａ：切り込み部
７：仕切り
８：遮断部
１１：可動接点台
１２：固定接点台
１３：消弧板側板
１４：回転駆動連動軸
１５：排気口
１６：アークランナ
２０：アーク分割部材
Ａ：アーク
Ｂ：消弧板で分断されたアーク
【図１】
2006012540.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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